Silicium                         ₁₄Si

   Abb.: Silicium-Einkristall

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften: Silicium bildet bei Normalbedingungen kubische, metallischglänzende Kristalle, die eine dunkelgraue bis schwarze Färbung aufweisen. Silicium bildet eine Gitterstruktur die der des Diamanten entspricht. Es ist ein sprödes Material, welches härter als Glas ist und den elektrischen Strom leitet. Aufgrund der besonderen Eigenschaft den Strom bei steigender Temperatur besser zu leiten, macht Silicium zu einem geeigneten Material für die Computerchip-Industrie, in der Silicium als Halbleiter eingesetzt wird.

Chemische Eigenschaften: Bei großer Hitze verbrennt Silicium zu Siliciumdioxid (SiO₂). Mit Fluor reagiert es schon heftig bei Normalbedingungen unter Feuererscheinung. Mit anderen Halogenen reagiert es erst beim Erhitzen. Zusammen mit Stickstoff bildet es bei 1400°C Siliciumnitrit. Außerdem lässt sich Silicium in einigen Metallen lösen unter Bildung von Siliciden (z.B.: Calciumsilicid CaSi). Silicium verhält sich chemisch gesehen ähnlich wie Kohlenstoff und bis zu vier Molekülbindungen ausbilden, es kann jedoch keine Doppel- oder Dreifachbindungen ausbilden.

Vorkommen

Silicium ist nach dem Sauerstoff das zweit häufigste Element der Erde und das wichtigeste im Reich der Minerale. In der Natur findet man Silicium in Form von Silicaten, den Salzen der Kieselsäuren. Besondershäufig tritt Silicium in Verbindung mit Erdalkalimetallen, Aluminium und Eisen auf, außerdem geht es stabile Verbindungen mit dem Sauerstoff ein, wie beispielsweise Siliciumdiioxid (Quarz). Außerdem taucht Silicium noch in Form von Siliciumcarbid.

Abb.: Siliciumcarbid

Geschichtliches

1823 stellte der Chemiker Jöns Jakob Berzelius (1779-1848) Silicium aus Siliciumtertrafluorid her. Da beim Verbrennen von Silicium Siliciumdioxid (Kieselerde) entsteht, benannte Berzelius das Element nach dem lateinischen silex (Kieselstein). Der englische Naturwissenschaftler Thompson schlug im Jahre 1831 die Bezeichnung silicon für das Element vor um die Ähnlichkeit mit dem Kohlenstoff ("Carbon") zu verdeutlichen. Zum Ende des 20. Jahrhundert spielte das Element in der Photovoltaik-Industrie eine große Rolle.

Darstellung

Silcium lässt sich großtechnisch durch die Reduktion von Siliciumdioxid (Quarz) mit Kohle gewinnen, dabei entsteht Kohlenstoffmonoxid [SiO₂ + 2C → Si + 2CO]. Die Reaktion findet in einem elektrischen Ofen statt.

Im Labor kann man das Element auch noch über die Reduktion von Quarz (SiO₂) mit Magnesium herstellen, dabei entsteht Silicium und Magnesiumdioxid [SiO₂ + Mg → MgO₂ + Si].

Abb.: Quarz (SiO₂)

Verwendung

Silicium wird in hochreiner Form vor allem in der Chip-Industrie und bei der Herstellung von photovoltaischen Anlagen benötigt. Dabei wird der Silicium-Einkristall in dünne Scheiben, die sogenannten Wafer, zerschnitten und dann zusammen mit anderen Materialien zum Endprodukt verarbeitet.

Abb.: Silicium-Wafer bei der Chip-Herstellung